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一般相対論的数値流体シミュレーションによるブラックホールの形成

通过广义相对论数值流体模拟形成黑洞

基本信息

批准号：
04J11308
负责人：
関口雄一郎
金额：
$ 1.79万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度の研究では、以下の二つの研究に従事した。1.質量の高速回転星の中心コアが、その進化の最後に重力崩壊し、ブラックホールとそれを取り巻くドーナッツ状の降着円盤が形成される過程の解明。天体のコアの質量が十分に大きい場合、その重力崩壊の結果直ちにブラックホールが形成されると考えられる。その後大きな角運動量を持つ物質がブラックホールへと落ち込むにつれて、ブラックホールの周りに降着円盤を形成する。このような系は、γ線バーストと呼ばれる高エネルギー天体現象の中心動力源として有力視されており、その形成過程の解明は天体物理学における重要な問題である。ブラックホール形成を伴うこの過程の解明のためには、一般相対性理論に基づく重力の取り扱いが必要不可欠である。また極めて動的かつ非線形な現象であるため、一般相対論的数値流体シミュレーションを行って、ブラックホールと降着円盤からなる系の形成過程を解明することを目的とした。シミュレーションの結果、ブラックホール形成後、降着円盤において衝撃波が形成され、伝播するという、従来知られていなかった現象を明らかにした。衝撃波による加熱効果により物質の温度が大きく上昇するため、多量のニュートリノ放射が期待され、γ線バーストにとって大変好都合な状況が達成されることが明らかとなった。2.現実的な有限温度の状態方程式、及び電子捕獲反応、ニュートリノ冷却などの微視的物理過程を組み込んだ数値計算コードの開発。回転星の重力崩壊は、現在知られている4種類の力すべてが重要な役割を果たす。一般相対性理論(重力)、高密度核物理(電磁気力、強い相互作用)、電子捕獲反応、ニュートリノ冷却(弱い相互作用)特に、崩壊するコアのダイナミクスは電子捕獲反応とニュートリノの放射によって駆動されるため、崩壊過程のより定量的な解明のためには、現実的な有限温度の高密度状態方程式を組み込み、温度、密度、レプトン数密度に応じて、電子捕獲反応及びニュートリノ放射反応を考慮に入れたシミュレーションを行う必要がある。これらを考慮に入れた計算は、ニュートン理論の枠組みではなされてきたが、一般相対論の枠組みでは行われていない。本研究では、一般相対論の枠組みで、現実的な有限温度の状態方程式、及び電子捕獲反応、ニュートリノ冷却などの微視的物理過程を組み込んだ数値計算コードを開発し、そのテストを行った。今後さまざまな天体現象に適用していく予定である。

This year's research was conducted in the following two areas: 1. Explanation of the process of the formation of the falling disk in the final gravitational collapse of the center of mass and the evolution of the star at high speed When the mass of the celestial body is very large, the gravity collapse results in the formation of the celestial body. The amount of angular movement after the formation of the material is reduced. The central driving force of celestial phenomena and the explanation of their formation process are important problems in astrophysics. The solution to the problem of gravity formation is necessary in the theory of general relativity. To clarify the process of formation of the system of numerical fluids in general relative theory After the formation of the shock wave, the shock wave is formed in the falling disk. The temperature of the substance increases greatly due to the heating effect of the shock wave, and the radiation of the substance increases greatly due to the high temperature of the shock wave. 2. The current finite temperature equation of state, as well as the physical processes of electron capture reaction and Weishi app cooling, are combined to form a numerical calculation tool. The gravitational collapse of the star is now known to be the result of four types of forces General relativity theory (gravity), high-density nuclear physics (Electromagnetic force, strong medium interaction), electron capture reaction, electron capture reaction, electron electron capture and radiation This is the first time that we've considered this topic. In this study, the physical process of finite temperature equation of state and electron capture reaction, cooling and Weishi app is studied. In the future, the celestial phenomena will be applied to a predetermined extent.